Traitement du signal et Applications cours 6

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1 Traitement du signal et Applications cours 6 Master Technologies et Handicaps 1 ère année Philippe Foucher 1

2 Introduction Potentialités du traitement du signal sont énormes Mais traitement du signal n a aucun intérêt si impossibilité de transférer les données Transmission des données = à la frontière du TS et de la physique 2

3 Transmission des signaux Le but de la transmission des signaux est: - Communiquer entre personnes ou machines. - Traiter l information à distance. - Stocker les données. Impératifs: transmettre la bonne information au bon endroit. Si possible rapidement 3

4 Information Pour transmettre des signaux - émetteur - encoder les signaux pour qu ils soient compréhensibles pour l émetteur et le récepteur (on parle de modulation pour signaux analogiques). - avoir le maximum d informations dans un minimum de place - supports - récepteur 4

5 Exemples - Téléphonie - Radio/TV - Internet - Visio conférences -. Support de transmission Emetteur du signal (Signal encodé) + Réception Réception du signal Signal encodé + Ré-Emission éventuelle 5

6 Transmission Monodirectionnelle - antennes Télécoms vers récepteur Radio/TV. Bidirectionnelle - Téléphones - Internet, multimedia (sons, images, videos, texte, ) 6

7 Supports de transmission Permet de transporter le signal le plus fidèlement possible. Les signaux subissent des transformations au cours de la transmission (distorsion, affaiblissements, ) Problème de distance, de débit, de quantité de signal 7

8 Émetteurs/Récepteurs/cables Ondes EM: Antennes (Emissions/Réceptions d ondes hertziennes, RF, IR via antennes terrestres ou satellites) Radio, téléphonie mobile, TV. Signal électrique transmission par câble, pas d antenne mais des connecteurs entre câble et appareil Internet, Téléphone 8

9 Supports Guides avec supports physiques: - Câbles (locaux, sous-marins, aériens, ) - fibres optiques. Guides avec supports non physiques: - Ondes mécaniques ou ondes électromagnétiques (hertziennes, RF, IR) - Antennes émettrices et réceptrices - Relais satellites 9

10 Déformations Distorsions - déformation du signal Affaiblissement (Atténuation) - l amplitude du signal s affaiblit Diaphonie - exemple: «friture» au téléphone 10

11 Causes des déformations Distorsion - matériels d émission et/ou de réception non adaptés au signal (problèmes de réflexions, de saturation en amplitude, ) Diaphonie - interférences entre deux signaux (problèmes électromagnétiques liés par exemple à l orage) Atténuation - tout signal s affaiblit lorsqu il est transmis (bande passante à -3dB) - Atténuation augmente avec la distance - problèmes de connectique - causes externes (températures, humidité, ) 11

12 Résolution On arrive facilement à limiter ces problèmes: - câbles coaxiaux - Meilleure émission/réception - Fibres optiques 12

13 Transmission en analogique ou numérique? Pour un gain de temps et d efficacité, autant transmettre les signaux tels qu ils sont (analogiques et numériques) Les téléphones utilisent (aient) les signaux analogiques, donc transmission en analogique Les ordinateurs utilisent le numérique donc transmission en numérique 13

14 En fait Transmission en numérique meilleure - Moins de distorsions, atténuation, parasites, - Compression plus facile - Modélisation plus facile - Plus rapide. - Plus de potentialités à long terme - Mais déformation à grande distance 14

15 Alors pourquoi l analogique? C est moins cher. Équipements sont encore en grande partie analogique (notamment tous les câbles sous-marins) Plus sûr pour les grandes distances Nécessité de CAN. Exemple: Ligne Numeris 15

16 Caractéristiques d un support Signal numérique Bande passante: intervalle de fréquences pour lesquelles la transmission est bonne. Vitesse de transmission ou débit (nombre de bits par sec) dépend de la bande passante. 16

17 Vitesse de transmission et débit La vitesse de transmission dépend aussi - du support, de l émetteur et du récepteur (modem, câbles ) - de son encombrement (ou sa disponibilité) 17

18 Débit Débit: nombre de bits transmis par seconde. - pour un modem (bas-débit): 56 kbits par sec. - pour adsl (haut-debit): on arrive à 20Mbits/sec 18

19 Exemple (1) Une vidéo = succession d images couleur, 10 à 15 images par sec pendant 1 minute. Si image (320*240) en couleur RGB: 46 Mo - 56 kbits/sec 10 minutes de téléchargement - 20 Mbits/sec environ 25 secondes 19

20 Exemple (2): film Film: 25 images/sec Résolution 800*600 Couleur: 3 octets 2 h de films = 7200 sec Il faut 259,2 Go pour stocker le film Soit 55 DVDs pour un film muet. 20

21 Résultat Pour visionner ou télécharger une vidéo Il faut alléger la vidéo Compression des données. Augmenter le débit Ligne très haut débit (limite techniques) Augmenter les capacités de stockage (limites techniques) 21

22 Compression La compression d un fichier (images, audio, vidéo, autres) permet de réduire la taille du fichier. Comment? - Élimination de l information redondante/inutile - Codage différent de l information Compression: partie essentielle du TS 22

23 Compression: 2 grandes méthodes Compression destructrice. Compression non destructrice - Perte d informations - Codage différent - Pas de perte d informations 23

24 Compression destructrice On élimine les fréquences du signal qui sont inutiles ou qui sont cachées. On réduit la qualité du signal (par analyse spectrale) 24

25 Exemple Fichier sonore: - Élimination des fréquences inaudibles - Élimination des fréquences à très faibles amplitudes. - Élimination des fréquences inutiles (Exemple, si on enregistre un bruit très soutenu (passage d une voiture), on peut éliminer le bruit d une mouche - Élimination de certaines harmoniques (T. Fourier) 25

26 Avantages/inconvénients Avantages: - très fort taux de compression - Rapidité et simplicité Inconvénient: - impossible de revenir en arrière et de retrouver le signal initial. - Signal de moins bonne qualité 26

27 Compression non destructrice L ensemble de l information est sauvegardée On la code différemment, en utilisant un système qui prend moins de place. - recherche de redondances - mesures statistiques 27

28 Exemple Fichier sonore Fichier de plusieurs secondes présentant 10 fois la même fréquence. On code une fréquence que l on répète dix fois au lieu de coder 10 fois la même fréquence. 28

29 Exemples (2) Une image présentant 100 fois le même pixel. On code une fois le même pixel que l on répète 100 fois Au lieu de coder 100 fois les pixels 29

30 Methodes non destructrices (RLE) Méthode (RLE, Run Length Encoding) - recherche des répétitions de pixels dans une image - on peut gagner jusqu à 90% de place - très simple mais toujours performant (en terme de gain de place, parfois on augmente même la taille) 30

31 Algorithme de Huffman On code les valeurs qui reviennent souvent sur peu de bits et les valeurs rares sur beaucoup de bits Méthode plus compliquée mais très performante 31

32 Avantages/inconvénients Avantages - pas de perte d information Inconvénients - Taux de compression limité (<50%) 32

33 Normes de compression La compression est codifiées selon certaines normes. 1 Groupe de travail (1988) a mis au point la norme Mpeg (Moving Picture Expert Group) Format Mp3: Mpeg (Mpeg audio layer 3) permet la compression de fichier audio 33

34 Fichier Mp3 Compression avec destruction de l information. Taille d un fichier grandement réduite (1/12) Comment? - suppression de l information sonore peu audible (au-delà de 8kHz) - suppression des signaux aigus cachés par signaux graves. - Suppression des harmoniques en musique. 34

35 Fichier jpeg Norme de compression d images: Joint Photographic Experts Group (1986). Compression destructrice Taille réduite des images (90% de réduction) Différences souvent imperceptibles à l œil 35

36 Exemples (images) Fichier bmp (640*480): 900Ko Fichier jpg (640*480): 144ko 36

37 Fichier Mpeg Adapté pour fichier vidéo. Redondance spatiale (Standard M-Jpeg) Redondance temporelle: on ne recode ce qui ne change pas d une image à l autre. 37

38 Codecs Le COdage et la COmpression permet de sauvegarder les vidéos Le DECodage et la DECompression permet de lire les vidéos Pour ces deux opérations, on utilise donc des logiciels appelés codecs. Codecs adaptés à l utilisation (professionnel ou utilisateur). 38

39 Application pour le handicap Dispositif d interprétation en LSF à distance (en utilisant la vidéo conférence). Envoi de vidéos de bonne qualité (résolution de l image, couleur) et en direct (haut-débit) 39

40 UNIVERSITY Université ou école Interprète délocalisé 40

41 Conclusion Traitement du signal sans intérêt si pas de transmission. Compression du signal avec ou sans perte d informations. Toujours s adapter à l application et non l inverse 41